[논문]헬리콥터 제어 성능 개선을 위한 증분 트위스팅 보상기

서강호; 주종인; 김윤수

doi:10.5139/jksas.2021.49.3.213

헬리콥터 제어 성능 개선을 위한 증분 트위스팅 보상기
Incremental Twisting Compensator for Performance Improvement of Helicopter Control 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.49 no.3, 2021년, pp.213 - 219

서강호 (Graduate School of Mechanical and Aerospace Engineering, Gyeongsang National University) , 주종인 (Graduate School of Mechanical and Aerospace Engineering, Gyeongsang National University) , 김윤수 (Graduate School of Mechanical and Aerospace Engineering, Gyeongsang National University)

초록
AI-Helper

본 논문은 헬리콥터 제어 성능 향상을 위한 증분 트위스팅 보상기법을 제안하고 자체 개발한 헬리콥터 시뮬레이터를 통해 그 성능을 검증한다. 본 보상기법은 헬리콥터의 기본 비행제어입력에 2차 슬라이딩 모드 보상입력(일명 트위스팅 보상입력)을 간단하게 추가하는 증분 방식으로, 기존 비행제어법칙의 구조를 그대로 유지하면서 헬리콥터 제어 성능을 향상한다는 데 장점이 있다. 제안된 보상기법은 자체 개발한 헬리콥터 시뮬레이터를 통해 기존비행제어법칙 대비 과도응답 및 정상상태 응답 특성을 개선하는 것으로 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, an incremental twisting compensator is proposed for improving the performance of helicopter control and tested on an in-house full-scale helicopter simulator. The proposed compensator has a merit in that an incremental control input (a second-order sliding mode control input or so-called twisting control input) is simply added to improve the performance of helicopter control, while the original flight control structure remains untouched. The proposed control technique has been shown to improve the transient and steady-state response of the in-house helicopter simulator.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이러한 증분식 제어기법은 역변환용 모델이 갖고 있는 불확실성에 다소 취약한 DI 제어기법의 성능을 개선할 수 있는 실용적인 방법이지만, 센서 측정값 및 대상 헬리콥터의 선형모델을 구성하는 시스템행렬의 일부인 제어효율행렬 (Control Effectiveness Matrix)의 정확도에 그 성능이 영향을 받는다. 따라서 본 논문에서는 헬리콥터 시스템 행렬에 대한 정보 없이 각속도와 각가속도 정보의 피드백만으로 헬리콥터의 자세를 유한시간에 수렴 (Finite-time Convergence)할 수 있게 하는 증분식 트위스팅 보상법(ITC; Incremental Twisting Compen- sation)을 제안한다. 또한, 이상적인 ITC를 적용하면서 발생하는 현실적인 문제(잡음, 채터링(Chattering)등)를 해결하기 위해 더욱 실용적인 수정-ITC도 제안한다.
본 논문에서는 증분식 트위스팅 보상기법(ITC)을 고안하고 저자의 소속기관에서 자체 개발된 헬리콥터 시뮬레이터를 통해 그 성능을 확인하였다. 본 보상기법은 헬리콥터 시스템행렬에 대한 정보 없이 각속도와 각가속도 정보만을 피드백하여 헬리콥터의 자세를 유한시간에 수렴할 수 있게 하며, 또한 이상적인 ITC를 적용하면서 발생하는 일부 현실적인 문제(잡음, 채터링 등)도 저역통과필터와 스무딩 기법을 사용해 해결하였다.

제안 방법

다만 슬라이딩 변수(^)의 개수가 3개인 것에 비해 헬리콥터 시뮬레이터의 가용한 제어입력이 4개(콜렉티브(Δu_col), 사이클릭-세로( Δu_lon), 사이클 1) Figure 1에서 보인 제어시스템의 경우 INDI 블록을 본 논문에서 제안하는 ITC로 대체할 수 있다.
시뮬레이터를 통해 그 성능을 확인하였다. 본 보상기법은 헬리콥터 시스템행렬에 대한 정보 없이 각속도와 각가속도 정보만을 피드백하여 헬리콥터의 자세를 유한시간에 수렴할 수 있게 하며, 또한 이상적인 ITC를 적용하면서 발생하는 일부 현실적인 문제(잡음, 채터링 등)도 저역통과필터와 스무딩 기법을 사용해 해결하였다. 다만, 실제 헬리콥터의 진동 등으로 인해 보다 복잡한 형태의 잡음이 측정값에 포함된 경우 2.

이론/모형

본 절에서는 2.1절에서 제안한 ITC를 저자들의 소속기관에서 [23]의 내용에 기반해 자체 개발한 UH-60 기반 헬리콥터 시뮬레이터(GNU-HELIS; Fig. 6)에 적용해본다. GNU-HELIS의 기본제어입력(Baseline Control) 은 Fig.

성능/효과

있다. ITC가 바람의 영향에도 불구하고 3축 각속도의 과도응답특성을 향상하며 바람직한 트림(trim) 상태로 빠르게 안정화하는 것을 확인할 수 있다.

후속연구

따라서 본 논문에서는 헬리콥터 시스템 행렬에 대한 정보 없이 각속도와 각가속도 정보의 피드백만으로 헬리콥터의 자세를 유한시간에 수렴 (Finite-time Convergence)할 수 있게 하는 증분식 트위스팅 보상법(ITC; Incremental Twisting Compen- sation)을 제안한다. 또한, 이상적인 ITC를 적용하면서 발생하는 현실적인 문제(잡음, 채터링(Chattering)등)를 해결하기 위해 더욱 실용적인 수정-ITC도 제안한다. 구체적인 ITC 설계 과정 및 시뮬레이터 시험 결과는 본문 2절에서 자세히 소개하였다.
7절)에서 소개한 강인 미분법 등이 보다 적절할 수 있다. 이렇게 더욱 진보된 ITC 기법을 향후 헬리콥터처럼 수학적 모델링이 복잡한 타 시스템에도 적용해 그 성능을 확인할 예정이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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